Rolnictwo precyzyjne napędzane obserwacjami satelitarnymi - czy to się opłaca?

Rolnictwo precyzyjne (ang. Precision Agriculture) to zestaw technik stosowanych w pracach polowych, dzięki którym gromadzone są, a następnie odpowiednio wykorzystywane, informacje o zmianach zachodzących w glebie i uprawach w przestrzeni oraz czasie. Za ich pomocą producenci rolni mogą podejmować bardziej racjonalne i efektywniejsze decyzje dotyczące uprawianych pól. Pomimo, że techniki te rozwijane są już od ponad 20 lat, to dopiero w ostatnim czasie widoczny jest wyraźny postęp w tej dziedzinie, który stał się możliwy dzięki stale wzrastającemu dostępowi do odpowiednich danych i narzędzi.

Monitorowanie pól uprawnych za pomocą danych satelitarnych

Tradycyjna lustracja upraw (ang. scouting) jest jednym z ważniejszych elementów codziennej praktyki rolniczej. Umożliwia ona ocenę stanu roślin oraz określenie ich fazy rozwojowej, a następnie w oparciu o te informacje, podejmowanie trafnych decyzji agronomicznych. Jednak nie wszystko widać gołym okiem, a w przypadku dużych gospodarstw lub znacznie oddalonych od siebie pól, odpowiednio częste wizyty w terenie są utrudnione.

Coraz powszechniej stosowane w gospodarstwach narzędzia wykorzystujące teledetekcję satelitarną pozwalają dopełnić regularny monitoring pól zestawem informacji, które wykraczają poza możliwości percepcji ludzkiego oka. W ostatnich latach częstotliwość i jakość obserwacji satelitarnych uległy znacznej poprawie. W konsekwencji ich użytkownicy regularnie otrzymują informacje o zróżnicowanej w przestrzeni i czasie kondycji upraw, dzięki czemu mogą w łatwy sposób identyfikować miejsca wymagające inspekcji.

Czy w kontekście samej inspekcji upraw inwestycja w monitoring satelitarny się opłaca? Aby odpowiedzieć na to pytanie, należałoby zastanowić się, ile pieniędzy pozwala zaoszczędzić dodatkowy wgląd w uprawy. Może to być zaoszczędzone paliwo i czas personelu doglądającego upraw, ale może to być również wartość potencjalnej straty, której uniknięto dzięki wykryciu i zmapowaniu zagrożeń za pomocą danych satelitarnych. Wysokość takich oszczędności i korzyści należałoby porównać z kosztami monitoringu satelitarnego, który typowo wynosi kilkanaście złotych za hektar w skali roku.

Rolnictwo tradycyjne, a rolnictwo precyzyjne

Oprócz inspekcji upraw, dostarczane za pomocą satelitów informacje stanowią podstawę rolnictwa precyzyjnego. Jeśli gospodarstwo wdraża związane z nim zabiegi precyzyjne, to korzyści z zastosowania monitoringu satelitarnego są prostsze do wykazania.

W tradycyjnym podejściu, we wszystkich elementach agrotechniki pole uprawne traktuje się jako jednolity obszar. W związku z tym wszystkie wysiewy i opryski nie są różnicowane w przestrzeni. W rzeczywistości jednak często zdarza się, że nawet niewielkie pola bywają bardzo zróżnicowane pod względem kondycji roślinności, typu gleby, jej zasobności czy odczynu. W konsekwencji zastosowanie jednakowej dawki na całym polu może prowadzić np. do przenawożenia pewnych części uprawy lub zastosowania niewystarczającej ilości nawozu w innych. W związku z tym racjonalne podejście do gospodarowania ziemią i środkami produkcji powinno uwzględniać zróżnicowanie siedliska oraz wynikające z niego rzeczywiste wymagania uprawy.

Obserwacje satelitarne podstawą rolnictwa precyzyjnego

Pozyskiwane za pomocą satelitów dane dostarczają informacje o kondycji upraw oraz ich zróżnicowaniu w przestrzeni i czasie. Jednak w jaki sposób się to odbywa?

Emitowane przez Słońce promieniowanie elektromagnetyczne, odbijane lub absorbowane przez uprawy, jest źródłem cennych informacji wykorzystywanych w tym celu. Zdrowa, zielona roślinność absorbuje promieniowanie z zakresu pasma niebieskiego i czerwonego, aby wytworzyć chlorofil w procesie fotosyntezy. Najsilniejszy efekt fotosyntezy widoczny jest w zakresie czerwonym – roślinność intensywnie produkująca chlorofil pochłania nawet ponad 90% promieniowania przypadającego na ten zakres. Jednocześnie gąbczaste komórki mezofilu znajdujące się w liściach intensywnie odbijają promieniowanie bliskiej podczerwieni (niewidoczne dla oka ludzkiego) – znacznie silniej niż powierzchnie nieorganiczne.

Sensory umieszczone na satelitach są w stanie mierzyć intensywność odbicia promieniowania elektromagnetycznego w określonych zakresach. Pozyskane w ten sposób informacje służą do obliczania teledetekcyjnych wskaźników roślinności, wśród których największym uznaniem cieszy się wskaźnik NDVI. Jego wartości skorelowane są z ilością żywej biomasy i zawartością chlorofilu. Im wyższa wartość wskaźnika NDVI, tym rośliny są w lepszej kondycji, i jednocześnie mają większe zapotrzebowanie na składniki odżywcze.

Zdjęcie satelitarne ukazujące wskaźnik NDVI pozwala uchwycić przestrzenne zróżnicowanie w obrębie pola – niejednorodny rozwój uprawy, który zazwyczaj jest skorelowany z heterogenicznym środowiskiem glebowym. To zaś umożliwia dostosowanie zabiegów agrotechnicznych do specyfiki poszczególnych fragmentów pola uprawnego. Z racji tego, że wartości NDVI skorelowane są z zawartością chlorofilu w roślinach, która z kolei silnie powiązana jest z odżywieniem roślin azotem (którego dostępność w glebie zmienia się bardzo dynamicznie), wskaźnik ten jest szczególnie przydatny w nawożeniu azotowym (ale nie tylko). Dane pozyskiwane za pomocą satelitów przetwarza się na mapy aplikacyjne – elektroniczne instrukcje, dzięki którym rozsiewacz, lub opryskiwacz wie, jaką dawkę nawozu (lub innego środka produkcji) zastosować na danym fragmencie pola.

Seria zobrazowań satelitarnych pokazująca zróżnicowany rozwój uprawy w przestrzeni (w obrębie pola) i czasie (w trakcie sezonu wegetacyjnego) w oparciu o wskaźnik NDVI.

Wykorzystywanie informacji o zróżnicowaniu w obrębie pola w praktyce – serwis SatAgro

Zatem dane pozyskiwane z satelitów dostarczają informacji o zróżnicowaniu uprawy w obrębie pola, co z kolei umożliwia dostosowywanie zabiegów do jej lokalnych potrzeb. Ale jak zdobyć dostęp do takich danych? W jaki sposób przetworzyć takie dane na mapy aplikacyjne, które umożliwią wykorzystanie zdobytej wiedzy w rolniczej praktyce?

Od kilku lat na świecie dostępnych jest coraz więcej, i coraz lepszej jakości, platform, które zajmują się tą tematyką. W Polsce liderem w tym zakresie jest rodzima platforma SatAgro, która jest zaangażowana w prowadzenie już ponad 1% wszystkich polskich upraw polowych, jednocześnie realizując projekty z gospodarstwami w innych krajach, w tym w Ameryce Północnej i Afryce.

Serwis SatAgro umożliwia bieżący monitoring pól uprawnych przy wykorzystaniu danych satelitarnych (obserwacji NASA, ESA oraz prywatnych operatorów) oraz obliczanego na ich podstawie wskaźnika roślinności NDVI.

Należy tu zaznaczyć, że bieżący sezon będzie przełomowy z uwagi na to, że NDVI zacznie być stopniowo zastępowany przez bardziej czułe wskaźniki. Stanie się to możliwe dzięki coraz powszechniejszej dostępności danych z bardziej dostosowanych do potrzeb agronomii sensorów satelitarnych. W praktyce pozwoli to na jeszcze szersze wykorzystanie monitoringu satelitarnego przy różnicowaniu dawek w zaawansowanych fazach rozwojowych uprawy.

Rozdzielczość dostarczanych w serwisie SatAgro zobrazowań wynosi od 15 do nawet 3 m. Dzięki znacznej (i ciągle zwiększającej się) liczbie satelitów na orbicie, w okresach lepszej pogody użytkownicy SatAgro mogą liczyć na zdjęcie swoich pól nawet kilka razy w tygodniu. Dodatkowo dane satelitarne łączone są w serwisie z historycznymi danymi meteorologicznymi, pochodnymi indeksami (suma temperatur efektywnych, skumulowane opady), prognozą pogody, a także informacjami dostarczanymi przez użytkowników np. wynikami prób glebowych czy mapami plonów.

Porównanie rozdzielczości przestrzennej i czasowej satelitów Landsat 8, Sentinel 2 oraz firmy Planet Labs, z których pochodzą dane dostarczane użytkownikom serwisu SatAgro.

Wspierając rolników we wdrażaniu technik rolnictwa precyzyjnego, serwis SatAgro oferuje intuicyjny moduł pozwalający na przekształcenie zdjęć satelitarnych (lub innych danych przestrzennych, np. wyników prób glebowych) na mapy aplikacyjne – elektroniczne instrukcje dawkowania, np. nawozów azotowych. W module w łatwy sposób można dokonać podziału pola na strefy odzwierciedlające zadaną strategię dawkowania. Poza nawozami azotowymi, w serwisie można tworzyć mapy aplikacyjne innych nawozów mineralnych, środków ochrony roślin, czy materiału siewnego. Cały proces tworzenia map aplikacyjnych w SatAgro można obejrzeć na krótkim filmie instruktażowym.

Moduł serwisu SatAgro służący do tworzenia map aplikacyjnych.

Mapy tworzone w SatAgro są kompatybilne z większością precyzyjnego sprzętu polowego, a sam moduł został doceniony m.in. złotym medalem Polagra Premiery 2018. W przypadku maszyn John Deere, a wkrótce również terminali Trimble, możliwe jest bezpośrednie przesyłanie map aplikacyjnych do maszyny. W pozostałych przypadkach wygenerowaną w SatAgro mapę można samodzielnie wgrać na terminal w maszynie rolniczej za pomocą pamięci USB.

Mapy aplikacyjne (na grafice po prawej stronie) stworzone w SatAgro w oparciu o wskaźnik NDVI (po lewej).

Czy to się opłaca?

Różnicowanie dawek na podstawie obserwacji satelitarnych (ale także innych źródeł informacji takich jak wyniki laboratoryjnego badania próbek gleby, tzw. skanowanie gleby, dane o topografii terenu, itd.) dotyczy przede wszystkim nawozów, ale również materiału siewnego, środków ochrony roślin, środków do wapnowania i regulatorów wzrostu.

W przypadku nawozów, różnicowanie dawek umożliwia ich lepsze dostosowywanie do rzeczywistych wymagań roślin, co przekłada się na zwiększanie plonu, poprawę oraz wyrównanie jego jakości. Tym samym prowadzi do zmniejszania strat nawozów, ograniczania ich negatywnego wpływu na środowisko (np. eutrofizacji wód) i plon oraz ogólnej poprawy rentowności produkcji. W przypadku środków ochrony roślin i regulatorów wzrostu, które są generalnie droższe niż nawozy, różnicowanie może wiązać się z istotnymi efektami finansowymi. Szczególnie łatwo wykazać je w przypadkach, kiedy oczywiste okoliczności uzasadniają lokalne zmniejszenie dawek, np. w związku z niższym poziomem biomasy, przy którym wysokie stężenie substancji czynnej jest, dosłownie i w przenośni, wyrzucaniem pieniędzy w błoto.

Wejdź w sezon 2021 z SatAgro i zyskaj rabat!

Serwis SatAgro znajduje szerokie zastosowanie w codziennej praktyce rolniczej, wspierając gospodarstwa rolne na wielu etapach produkcji. Agronomowie korzystając z funkcjonalności oferowanych przez SatAgro mogą na bieżąco monitorować swoje uprawy z wykorzystaniem zdjęć satelitarnych z najnowszych satelitów, danych meteorologicznych oraz zintegrowanych dodatkowych informacji (m.in. o zasobności gleby czy plonowaniu). Na podstawie tych danych mogą wdrażać techniki rolnictwa precyzyjnego w zakresie nawożenia, badania gleby, ochrony roślin, czy nawet nawadniania. Dzięki SatAgro mogą również prowadzić ewidencje wykonywanych zabiegów oraz analizować opłacalność produkcji przed i po zbiorach.

Jeśli jeszcze nie masz konta w SatAgro – przetestuj nas w swoim gospodarstwie. Wpisz kod SEZON2021 na app.satagro.pl/promo i załóż darmowe konto (Starter). Jeśli zdecydujesz się na zakup abonamentu do końca kwietnia, dostaniesz 10% zniżki.